陶瓷的断裂行为长期以来就受到学者和业者们的重点关注。对于氧化铝、氧化锆或氮化硅、碳化硅等常见的结构陶瓷而言，抗折强度、断裂韧性等几乎都是必测的指标。不过，在通常情况下，人们关注的是陶瓷材料在拉伸条件下的断裂行为，而对于其在压缩条件下的断裂行为则很少关注。这背后的原因很好理解，因为陶瓷在压缩条件下所承受的应力远高于拉伸条件下所能承受的应力。换言之，陶瓷材料在拉伸时失效的风险远比压缩时要高。虽然如此，了解陶瓷的压缩断裂，对于人们更全面地理解陶瓷的结构和性能也同样是十分重要的。

　　今天我们就简单地聊一下这个话题。

　　先看看陶瓷是如何断裂的？

　　研究表明，假如一段陶瓷棒上、下两端受压，在没有约束力、也就是侧向四周没有受到其它压力时，陶瓷棒的断裂方式差不多都是相同的，就是发生轴向劈裂，就是沿着压缩轴方面产生条状裂纹，将陶瓷棒撕裂成一根根不完整的细长柱。

　　从理论上看，这种压缩断裂实际上都是在外加压力和微观缺陷相互作用下导致材料中局部拉抻所引起的。在对于这种现象，早给出解释的是Griffith。他假设材料中存在一个与压应力存在一个角度的椭圆形裂纹。在压应力的作用下，这个微裂纹的两个面上将产生剪切应力，并由此将发生滑动。在微裂纹的两端，这种滑动被阻止，这导致前方形成局部的拉应力，萌生出两条新的裂纹。按照Griffith的理论计算，新的裂纹一开始将沿缺陷面70°扩展，并将沿压应力方向排列。他还给出了被称为Griffith判据的方程式，并预测包括陶瓷在内的脆性材料的抗压强度是其抗拉强度的8倍。这个预测和很多材料的测试结果都比较接近。比如有实验测试，氧化铝的抗拉强度大约是抗压强度的十分之一。

　　如果陶瓷棒在受到上、下压力作用的同时，其侧面也同时受到压力的限制，那裂纹的轴向扩展就会受阻，其形式会随着侧面限制压力的增加而不断变化。当侧向压力较小时，会形成有大量裂纹的局部化条带；当测向压力较大时，则会出现大量均匀分布的微裂纹。

　　其陶瓷材料的角度看，Griffith所假设的裂纹实际上就是制备过程中形成的各种缺陷，比如烧结过程未排出的孤立气孔、热膨胀失配所产生的晶界微裂纹等等。但Griffith的裂纹扩展机制过于简单，是一个针对所有脆性材料的基本理论，没有针对陶瓷材料的特点作出更为细致的考虑。因此，后来又有人提出了一些不同的机制，比如Lanford提出了涉及位错、邻近晶粒弹性各向异性及位错-晶界交互作用的机制。

　　Lanford通过研究氧化铝的压缩行为，发现在低于Griffith的压缩失效应力时，晶粒会由位错等引起的局部塑性形变。由于陶瓷中的晶粒取向不同，相邻晶粒沿压缩轴方向弹性模量不一样，它们会倾向于产生不同的变形。这些复杂的形变与晶界相互作用，会引起应力集中和微裂纹的产生。根据Lanford提出的机制，陶瓷的压缩失效是一个渐进的过程，直到因微裂纹的聚集而彻底破碎。（更多资讯请关注李卫科普）